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第3讲 内能的利用
知识点一．热机
1.利用燃料燃烧释放出的能量做功的机械叫做热机。
2.热机是把_________转化为_________再转化成_________。
3.热机的种类很多，例如_________、_________、_________、喷气发动机等。
4.内燃机根据燃料的不同可分为_________和_________。
5.内燃机工作时一个工作循环包括四个冲程：______冲程、______冲程、______冲程、______冲程。压缩冲程中_________能转化成_________能；做功冲程中_________能转化成_________能；
6.以汽油机为例，吸气冲程：进气门______，排气门______，活塞向______运动，____________进入气缸。
压缩冲程：进气门______，排气门______，活塞向______运动，____________被压缩。
做功冲程：在______冲程结束时，_________产生火花塞，使燃料猛烈燃烧，产生____________。高温高压气体推动活塞向______运动，带动曲轴转动，对外______。
排气冲程：进气门______，排气门______，活塞向______运动，把____________排出气缸。
7.四个冲程中除______冲程对外做功，其他三个冲程靠______来完成。
8.特点：一个工作循环包括______个冲程，活塞往复运动______次，曲轴转动______周，对外做功1次。
9.汽油机与柴油机的不同：
构造不同：汽油机汽缸顶有_________，而柴油机汽缸顶部有_________。
燃料不同：汽油机的燃料是汽油，柴油机的燃料是柴油。
吸气不同：汽油机吸进_________________，柴油机吸进____________。
点火不同：汽油机属于点燃式点火，柴油机属于_________式点火。
例题1. 下列所示的工具工作过程中使用热机的是（　　）
A．自行车 B．柴油车
C．脚踏船 D．皮筏艇
例题2.在四冲程汽油机的工作过程中，内能转化为机械能的是（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
例题3.在汽油机的做功冲程中，高温、高压的燃气推动活塞运动做功，则下列说法正确的是（　　）
A．燃气的内能减少，温度升高 B．燃气的内能增加，温度升高
C．燃气的内能减少，温度降低 D．燃气的内能增加，温度降低
例题4.如图所示，给试管里的水加热，水沸腾后，水蒸气推动橡皮塞冲出试管口，这个过程与选项四冲程汽油机工作示意图中，哪一个冲程的能量转化过程是相同的（　　）
A． B． C． D．
例题5.如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　）
A．一个工作循环的正确顺序是：甲乙丙丁 B．乙图冲程能获得动力
C．丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程 D．丙图冲程存在化学能转化为内能的过程
例题6.关于热机，下列说法正确的是（　　）
A．吸气冲程中，汽油机和柴油机吸入的都是空气 B．做功冲程是把机械能转化为内能
C．柴油机有喷油嘴而没有火花塞 D．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的
例题7.外有一个水套，让汽缸被水包围着，这是通过________的方式减少汽缸内能的。一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1200r/min，该汽油机每秒钟内完成_________个冲程。
例题8.如图表示的是汽油机的___________冲程；在压缩冲程中，是通过___________方式增加气体内能的。一台单缸四冲程柴油机转速为1200r/min，则柴油机1s内做功___________次。
知识点二．热值
1.日常获得内能的方法：燃料燃烧。
2.比值定义（固体燃料）：_______________________________________________
比值定义（气体燃料）：_______________________________________________
3.数值定义（固体燃料）：_______________________________________________
数值定义（气体燃料）：_______________________________________________。
4.热值用符号______表示，它的单位是______，符号是______。
5.公式：______________________
6.热值是燃料的一种特性，它的大小与燃料本身性质有关，与燃料的质量、体积、形状、位置等无关，与燃料是否完全燃烧无关。
7.燃料燃烧放出热量的计算公式：________________
8.提高燃料利用率的途径有：一是燃料尽可能地充分燃烧；二是要减少热量的散失。
例题1.酒精灯内的酒精用去了一半，剩下的一半（　　）
A．比热容、热值均变为原来的一半 B．比热容、热值均不变
C．比热容不变，热值变为原来一半 D．热值不变，比热容变为原来一半
例题2.下列燃料热值的说法中，正确的是（　　）
A．质量为1kg的无烟煤的热值小于质量为2kg的无烟煤的热值
B．酒精的热值高于干木柴的热值，燃烧酒精放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
C．相同质量的不同燃料完全燃烧时，放出热量多的燃料热值大
D．同种燃料完全燃烧时的热值大于不完全燃烧时的热值
例题3.合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1吨垃圾能榨出170 kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为________J，燃烧时燃料油的化学能转化为______能。（燃料油的热值取4×107J/kg）
例题4.农作物的秸秆可以回收加工制成秸秆煤。完全燃烧0.5kg的秸秆煤可放出_____________J的热量；若这些热量完全被质量为100kg，初温为20℃的水吸收，可使水温升高到___________℃。[已知q秸秆煤=2.1×107J/kg，c水=4.2×103 J/（kg·℃）]
例题5.如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯内液体的质量都相同。
（1）比较不同燃料的热值应选择____________两个装置，比较不同物质的比热容应选择____________两个装置（选填装置序号甲、乙、丙）。
（2）在“比较不同燃料的热值”的实验中，通过观察温度计的____________比较燃料燃烧放出热量的多少。
（3）a、b两种液体除了质量要相同，还要________也相同。
知识点三．热机效率
1.定义：____________________________________________________。
2.公式：________________
3.蒸汽机的效率6%—15%；汽油机的效率20%—30%；柴油机的效率30%—45%。
例题1.关于热机的效率，下列说法正确的是（　　）
A．在做功同样多的情况下，热机的效率越高消耗的燃料越多
B．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
C．热机的效率越高说明做功越快
D．热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的
例题2.完全燃烧140g焦炭所放出的热量有被初始温度为、质量为10kg的水吸收，则水吸收的热量为______ J，水的温度将升高到______ 。，在1个标准大气压下
例题3.一台单缸四冲程汽油机工作时，若飞轮转速为3600转/分，该汽油机活塞1s对外做功________次。若该汽油机的效率为40%，则消耗5kg的汽油转化成的机械能是_________J。（q汽油=4.6×107J/kg）
例题4.太阳能汽车利用太阳能来驱动，真正实现了零排放，有效地减少了对环境的污染。某太阳能汽车，质量为450kg，顶部安装了太阳能电池板。若汽车上的太阳能电池板的有效面积为6 m2，它正对太阳时太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为1.2×103J/（m2·s），电池的输出功率为2.1 kW，则将太阳能转化为电能的效率为________（小数点后保留一位），如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为80%，当汽车在水平面上匀速行驶时，受到的牵引力为80 N，则汽车的行驶速度为________m/s。
知识点四．能量守恒
1.能量守恒定律：______________________________________________________________。
2.能量的转移和转化过程是有方向的。
3.我们学过的能量有______、______、______、______等形式。
例题1.关于太阳能的利用，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能
B．图乙中，太阳能热水器通过热传递的方式将太阳能转化为水的内能
C．图丙中，太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能
D．图丁中，首架环球航行的太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能
例题2.能量守恒是自然界的基本规律之一，下列能量转化过程中，属于内能的转移的是（ ）
A.用电灯照明 B.光合作用 C.用暖水袋取暖 D.天然气的燃烧
例题3.2018年12月8日凌晨我国嫦娥四号月球探测器实现世界首次月球背面软着陆。运载火箭第三节燃料为液态氧和液态氢，贮存时是通过降低温度和___________的方式使燃气液化。燃料燃烧时，化学能转化为___________能。
课后作业
1.下图是汽油机一个工作循环的四个冲程，对外做功的冲程是（　　）
A． B．C． D．
2.汽油机作为动力装置大多用在小汽车、飞机以及一些轻巧的机械上。如图所示是汽油机工作原理示意图，分析可知是四冲程汽油机的（　　）
A．做功冲程，将机械能转化为内能 B．压缩冲程，将机能转化为内能
C．做功冲程，将内能转化为机械能 D．压缩冲程，将内能转化为机械能
3.如图所示的是四冲程汽油机的一个冲程示意图，下列说法正确的是（　　）
A．此冲程中燃料燃烧，燃料的化学能转化为内能
B．此冲程中，汽油机获得前进的动力
C．此冲程中，机械能转化为内能
D．此冲程结束后，汽油机开始排出废气
4.下列关于热机、热值的说法正确的是（　　）
A．汽油机、柴油机都有火花塞和喷油嘴这两个关键部件
B．某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫这种燃料的热值，单位是kg/J
C．柴油机工作的效率是35%，说明它工作时柴油燃烧释放的能量65%转化为有用功
D．四冲程内燃机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的
5.关于内能及内能的利用，说法正确的是（　　）
A．汽油机的做功冲程将内能转化为机械能 B．温度为0℃的物体没有内能
C．燃料的热值越大，燃烧释放的热量越多 D．增大热机功率一定能提高它的效率
6.（多选）下列关于汽车的说法中正确的是（　　）
A．给汽车加油时能闻到汽油的味道，说明分子在不停地做无规则运动
B．常用水作汽车发动机的冷却液，是因为水的比热容较大
C．汽油机在压缩冲程中将内能转化为机械能
D．汽车在刹车过程中，刹车片温度升高，是做功改变了它的内能
7.对于图中所示的四幅图，下列说法中正确的是（　　）
A．甲图中软木塞飞出时，管内水蒸气的内能增加
B．乙图中两个压紧的铅块能吊起钩码，主要是因为分子间存在引力
C．丙图中活塞向下运动是内燃机的做功冲程
D．丁图中小朋友下滑时，内能转化为机械能
8.（多选）下列说法正确的是（ ）
A．构成物质的大量分子无规则运动的剧烈程度与温度有关
B．汽油机做功冲程中将机械能转化为内能
C．热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，从而节能减排
D．质量10kg的水，温度升高10℃，吸收的热量为4.2×105J
9.（多选）下列关于内燃机说法正确的是（　　）
A．柴油机吸气冲程吸入的是空气 B．汽油机气缸顶部有火花塞
C．做功冲程中内能转化为机械能 D．内燃机功率越大，效率越高
二、计算题
1.某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10 kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线．若在6 min内完全燃烧了0.2 kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤的热值约为3×107J/kg．求：
（1）煤完全燃烧产生的热量；
（2）经过6 min时间加热，水所吸收的热量
（3）煤炉烧水时的热效率。

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